ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гравитационное осаждение из "Основные процессы и аппараты химической технологии Кн.1" В суспензиях и газовзвесях дисперсная фаза имеет обычно большую плотность, чем сплошная, поэтому движущая сила гравитационного осаждения (естественного отстаивания) равна р,, — р. Процесс осаждения осуществляется в аппаратах периодического, полунепрерывного и непрерывного действия, называемых отстойниками. [c.198] Отстойник периодического действия (рис. У-1, а) представляет собою вертикальный сосуд круглого или прямоугольного сечения с конусным дном. Загруженная суспензия по истечении определенного отрезка времени разделяется на осветленную жидкость (верхний слой) и осадок с высокой концентрацией твердой фазы (нижний слой). После удаления осветленной жидкости (при помощи насоса или сифона) через нижний штуцер выгружают осадок, чему способствует конусное дно, и аппарат загружается снова. [c.198] Отстойник полунепрерывного действия для суспензий (рис. У-1, б) представляет собою длинный желоб прямоугольного сечения с торцевыми стенками разной высоты, причем передняя (справа) несколько ниже и служит порогом водослива. Суспензия поступает непрерывно до тех пор, пока не накопится определенный слой осадка, после чего ее подача прекращается для выгрузки осадка. В случае полидисперсного осадка по мере движения суспензии оседают все более мелкие частицы, так что наряду с осаждением твердых частиц происходит их частичная классификация. [c.198] Широко распространен отстойник непрерывного действия с гребками, схематически изображенный на рис. V- , г. Он состоит из цилиндрического сосуда с конусным дном, по оси которого расположен медленно вращающийся вал, несущий на нижнем кйнце лопасти с насаженными на них лопатками (гребками). Суспензия непрерывно поступает в центральную часть аппарата, сгущенный осадок с помощью гребков отводится через нижний штуцер, а осветленная жидкость удаляется сверху через кольцевой желоб. Для большей компактности рассматриваемый аппарат (его диаметр достигает 120 м) часто изготовляется многоярусным. [c.200] На рис. У-1, д показана схема цилиндрического отстойника непрерывного действия с коническими перегородками, расположенными в центральной его части. Суспензия, поступающая по периферии, проходит через пространства между конусами. Осветленная жидкость отводится через воронки, размещенные в верхней части конусов, а осадок сползает с поверхности конусов и удаляется через нижний центральный штуцер. [c.200] Основной характеристикой рассматриваемого процесса разделения суспензий и газовзвесей является скорость осажде-н и я, т. е. скорость относительного движения твердых частиц. При определении этой скорости необходимо различать свободное и стесненное осаждение. Свободное осаждение, наблюдающееся в разбавленных суспензиях и газовзвесях (объемная концентрация твердой фазы 5%), характеризуется отсутствием взаимного влияния частиц дисперсной фазы, т. е. каждая из них ведет себя как одиночная частица в окружающей сплошной среде. С ростом йо благодаря взаимному влиянию пограничных слоев и столкновениям соседних твердых частиц осаждение становится стесненным, сопротивление частиц потоку возрастает и скорость их движения падает. [c.200] Напомним, что с достаточной для практики точностью величину цУо при всех режимах движения можно рассчитать также по ранее приведенной общей формуле Тодеса (1.43а). [c.201] Формулы (1.43) и (1.43а) применимы также к частицам неправильной геометрической формы, если оперировать их эквивалентным диаметром равным диаметру сферы того же объема, что и частица. При этом коэффициент гидродинамического сопротивления I определяется по формулам, приведенным в главе I, учитывающим режим движения и форму частицы (при помощи коэффициента сферичности Фс). [c.201] Процесс осаждения сильно усложняется в случае полидисперсной твердой фазы, так как крупные частицы оседают быстрее мелких, концентрируясь в донной части отстойника, по высоте которого порозность слоя разделяемой суспензии возрастает снизу вверх. Соответственно различным размерам и концентрациям твердых частиц изменяются закономерности осаждения по высоте отстойника. Скорость осветления жидкой фазы полидисперсной суспензии (скорость полного осаждения) рекомендуется определять экспериментальным путем, а ее приближенное значение можно найти, ориентируясь на размеры и объемную концентрацию самых мелких частиц. [c.201] В случае полного осветления жидкости в слое высотой Н мы имеем = 0. [c.202] В отстойнике полунепрерывного действия твердые частицы оседают со скоростью а о и движутся в горизонтальном направлении со скоростью, которую примем равной скорости потока жидкости гс . Расстояния Я и / твердые частицы проходят за одно и то же время т, поэтому т = Hlw = Ит и 1 Н). [c.202] Из формулы (У.5) видно, что производительность отстойника полунепрерывного действия также определяется площадью его поперечного сечения Р = Ы, а не высотой осветленного слоя. Заметим, что формула (У.5) является приближенной, поскольку мы постулировали равенство скоростей горизонтального движения обеих фаз, а также игнорировали непостоянство скорости жидкости подлине I, обусловленное убыванием высоты слоя осадка по длине аппарата (более крупные частицы оседают ближе к входу суспензии). Рассматриваемые аппараты наиболее эффективны при ламинарном течении жидкости и при плавном входе суспензии (без возмущений). [c.202] Совершенно очевидно, что Wo — скорость стесненного осаждения самых мелких частиц, оседающих в отстойнике. Опыт показывает, что требуемая величина Р примерно в 1,35 раза больше рассчитанной по формуле (У.б). При этом следует учесть, что скорость падения твердой частицы Юо равна разности скорости осаждения и скорости сплошной фазы. [c.203] Из уравнения (У.б) видно, что производительность отстойника, как и в предыдущих случаях, не зависит от его высоты, но последняя оказывает существенное влияние на концентрацию твердой фазы йа в уходящем осадке. Дело в том, что эта концентрация зависит от времени пребывания осадка в аппарате, а время пропорционально высоте отстойника. Величину То можно определить опытным путем, варьируя продолжительность периодического отстаивания разделяемой суспензии в мерном цилиндре. [c.203] Процесс разделения сильно усложняется в случае полидисперсной твердой фазы, так как частицы разных диаметров имеют различные скорости осаждения. Ориентация на скорость осаждения самых мелких частиц приводит, разумеется, к преувеличению Р и соответственному преуменьшению У , устранение этой погрешности возможно только на основании опытных данных. [c.203] В отстойнике с коническими перегородками (см. рис. V- , д) твердые частицы, осаждаясь под действием силы тяжести со скоростью гЮо, движутся параллельно поверхности конусов с потоком жидкости со скоростью Wy , уменьшающейся по направлению от оси аппарата к его периферии. Если аппарат имеет I конических перегородок, а расстояние между ними по нормали равно Ь, то на любом радиусе г скорость потока суспензии выразится как о == = У(./2лпЬ, где Ус — расход суспензии. [c.203] Формула (V.7), связывающая производительность отстойника Уо и его конструктивные размеры (7 , Л, а и i), является, однако, приближенной, поскольку она предполагает = onst. В действительности Wo непрерывно изменяется, так как по мере движения суспензии уменьшается концентрация твердой фазы (не исключено также изменение режима движения оседающих твердых частиц). [c.204] Скорость гравитационного разделения суспензий, как видно из предыдущего, падает по мере уменьшения размера твердых частиц и разности плотностей обеих фаз, а при ламинарном и переходном режимах осаждения — также с ростом вязкости жидкой среды. Увеличение скорости этого процесса возможно в поле центробежной силы, для чего суспензию помещают внутри цилиндрического барабана, вращающегося вокруг своей оси с большой угловой скоростью (О. В данном случае суспензия получает вращательное движение практически с той же угловой скоростью со, поэтому твердая частица с массой т, имея радиус вращения г, находится не только под действием гравитационной силы mg, но и центробежной силы m o r. Рассматриваемый процесс называется центрифугированием, а машины, используемые для его осуществления — центрифугами. [c.204] В практике центрифугирования (oV g, поэтому гравитационной силой можно практически пренебречь и харак- еризовать напряженность центробежного силового поля (силу, действующую на единицу массы) величиной oV. Таким образом, пои центрифугировании ускорение оседающей твердой частицы в сравнении с гравитационным возрастает на величину oV/g = Ф, называемую фактором разделения. Так как окружная скорость UD = (ог, то Ф = oV/g = w lgr = Ргц, где РГц — центробежный критерий Фруда. [c.204] Машины для центрифугального осаждения, или осадительные центрифуги, применяются для разделения суспензий с объемной концентрацией твердой фазы до 40%, состоящей из частиц размером от 0,005 до 10 мм. В результате центрифугирования получаются осадок с некоторым содержанием жидкой фазы и осветленная жидкость (иногда с небольшой концентрацией мелких твердых частиц), называемая ф у г а т о м. [c.205] Вернуться к основной статье